城市下穿立交路面病害探讨及改良设计

李培俊

摘 要：受地质条件、地下水位等影响，下穿立交极易出现路面开裂、下沉、渗水等病害。本文从实际下穿立交路面整治工程出发，通过对粉砂段下穿立交路面病害成因进行探讨，选用复合式路面结构，通过完善道路内部排水等相关措施，提出粉砂路段下穿立交路面改良设计方案。

关键词：下穿立交;粉砂路段;路面病害;复合式路面

0 引言

受铁路自己高程影响，目前城市下穿铁路立交一般采用框架桥型式下穿，位于地面以下5 m～6 m。与一般道路相比，下穿立交具有埋深大、纵坡较大、汇水面积较大、车辆减速及制动行为较频繁、节点对区域交通影响较大等特点。受地质条件、地下水位等因素影响，下穿道路极易出现路面开裂、下沉、渗水等病害，不仅影响道路的正常使用，缩短了路面使用寿命，造成投资浪费，而且增加后期路面改造实施难度，加大二次改造费用投入。

本文从实际下穿立交路面整治工程出發，理论实践相结合，通过选用复合式路面结构，完善道路内部排水等相关措施，对粉砂段下穿立交路面病害进行整治。并提出相关改良设计方案，为后续的下穿立交路面设计提供指导，对提升路面工程的耐久性、经济性都具有重要的意义。

1 下穿立交路面病害成因

下穿立交路面损坏的产生同路面所处的工作环境，路面材料自身特点以及施工条件等因素均有很大关系，其原因主要有以下两点[1，2]：（1）下穿道路具有交通量大、集中、渠化交通严重、车辆减速及制动次数高、埋深大、坡度大等交通特点，使得行车荷载施加于面层铺装层的纵向和横向水平力大大增加，使其内部产生较大的剪应力，超过铺装层材料的抗剪强度，从而引起不确定破坏面的剪切变形。（2）下穿道路与两侧地面高差较大，与地下水位高程较接近，道路内部湿度较大，容易产生严重的水损坏和唧泥，直接影响路面的使用性能与耐久性，同时较大湿度降低了路面的抗滑性对行车安全不利。

2 粉砂段地质特性

粉砂土塑性指标低。毛细管发育，水稳定性差，常规的压实方法和工艺难以压实。在行车与自重荷载作用下，容易产生不均匀沉降。此外，粉砂土渗水性强，水分积聚现象严重，在水头及动荷载作用下，粉砂可能发生管涌及液化等不良工程地质现象。

3 工程实例

该整治工程位于南京地区，根据相关地质资料，场地主要分布粉砂夹粉质粘土及粉砂层，不良地质层较厚，土层承载力较低，地下水位较高，随季节变化较大，对本项目路基、路面设计影响较大。

原路面设计为：4 cmSUP-13+8 cmSUP-20+ 24 cm钢筋混凝土+水稳碎石底基层。运营一年多以后，路面多处渗水，出现离析、坑洞等病害，道路无法正常使用。

经分析，本次路面渗水，主要原因是地下水位较高，地下水沿路面孔隙上渗，造成路面出现不同程度的渗水现象。受地下水影响，导致沥青路面离析及路面脱空。

为了及时排除入渗的地下水，将水稳碎石底基层调整至级配碎石，级配碎石具有较好的稳定性及渗透性，配合配水系统，能及时排除渗入基层的地下水。此外，在级配碎石中部及底部各铺设一层复合土工布，复合土工布不仅渗透性能较好，能将地下水及时渗出，还能减小土中毛隙水上升。排水沟侧壁每隔1 m开孔预留横向泄水管，在水量较大区域加密横向排水，将水快速排出，防止由于路面结构较长时间浸泡在水中导致的基层的强度降低变形增大引发的路面病害。

整改结束三年多以来，运营状况整体稳定良好，路面上没有再出现沥青路面离析、坑洞、沉陷、脱空等病害（图3）。

4 改良设计措施

（1）选用合适的路面组合结构，提高路面结构使用寿命。

考虑下穿道路交通量大、对区域交通控制性大、车辆的加减速比较频繁、维修困难等特点，在经济条件允许的情况下，选用抗车辙、抗裂、抗滑、水稳定性能更好耐久性强的SMA面层结构及水泥混凝土刚性基层，形成复合式路面结构，刚性基层起承重作用，沥青面层起功能作用，复合路面结构整体强度高、使用寿命长、维修费用小。

（2）加强刚柔界面之间的层间结合，减少复合路面损坏的发生。

为了有效防止复合式路面各种损坏的发生，必须加强刚柔界面之间的层间结合，粘层须能够协调下承层与铺装层之间的变形，防止上下结构层的分离（脱层），并在改进铺装层受力状态的同时，防止路面水的下渗。

采用SBS改性乳化沥青碎石加强刚柔界面之间的层间结合，SBS改性剂与沥青混合后，除保持原有沥青防水的可靠性外，不仅提高了防水层的高温抗剪强度，改善了防水层的低温抗裂性与延缓反射裂缝上升的能力，还可以与上层沥青混凝土融为一体，消除了面层与防水层之间的软弱夹层，进一步提高了面层的整体强度。

（3）采取合理措施排出进入路面结构内地下水，减轻道路水损坏程度。1）选择合理底基层。推荐采用排水性底基层，以级配碎石为底基层，便于收集入渗地下水。2）完善道路内部排水措施。下穿道路路面结构防排水措施要体现“防、排、截、堵”相结合的原则。在路面低部设置排水盲沟，将基底部渗水及面层与排水沟接缝处渗水引入排水沟;并在水量较大区域加密横向排水盲沟。

5 粉砂段下穿道路改良设计方案

5.1 路面设计

下穿U槽段机动车道路面结构由上往下分别是：4 cm SMA-13 细粒式沥青玛蹄脂碎石+粘层+8 cm SUP-20 中粒式沥青混凝土+SBS改性乳化沥青碎石粘结防水层+26 cm钢筋混凝土基层+级配碎石调平层。

5.2 排水设计

（1）中分带排水。中分带回填土上采用聚乙烯复合土工膜封闭，复合土工膜上方采用碎石收集中分带排水，并通过横向排水管就近接入机动车道雨水井。

（2）排水盲沟。在路面低部设置排水盲沟，不仅可以将碎石调平层处渗水引入道路两侧排水沟，还可以收集面层与排水沟接缝处渗水;并在水量较大区域加密横向排水盲沟。

6 结语

（1）本次改良设计复合式路面结构，充分发挥复合式路面结构（白+黑）的整体强度高、使用寿命长、维修费用小等特点。在混凝土基层与沥青面层之间设置SBS改性乳化沥青碎石粘层，协调下承层与铺装层之间的变形，防止上下结构层的分离（脱层），并在改进铺装层受力状态的同时，防止路面水下渗。

（2）采用级配碎石排水性底基层，便于收集入渗地下水，在路面低部设置排水盲沟，将基底部渗水及面层与排水沟接缝处渗水引入排水沟。

（3）粉砂段下穿U槽选用路面结构为：4 cm SMA-13 细粒式沥青玛蹄脂碎石+粘层+8 cm SUP-20 中粒式沥青混凝土+SBS改性乳化沥青碎石粘结防水层+26 cm钢筋混凝土基层+级配碎石调平层。

（4）在下穿道路路面设计中，本次改良设计方案从理论上可以有效的减少交通重载及地下水等带来的下穿道路路面损害，可在以后的下穿引道项目中应用及推广。

参考文献：

[1]刘朝晖.连续配筋混凝土刚柔复合式沥青路面研究[D].长沙：长沙理工大学，2007.

[2]虞秋富，马士宾，陈晗，等.城市地下道路复合式路面结构设计方法研究[J].城市道桥与防洪，2012（12）：37-41+7.